【正文】 1 通信 工程專(zhuān)業(yè) 綜合 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 山東建筑大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院 通信 工程教研室 2020 年 3 月 2 實(shí)驗(yàn)一、 學(xué)習(xí)數(shù)字通信系統(tǒng)的 SystemView 仿真軟件 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 了解 SystemView 軟件，學(xué)習(xí)數(shù)字通信系統(tǒng) SystemView 仿真軟件的使用方法，為實(shí)際的仿真應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ) 。 2．掌握 軟件設(shè)計(jì)和仿真的方法 。 二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 SystemView 是美國(guó) ELANIX 公司推出的，基于 Windows 環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。使用它，用 戶可以用圖符（ Token）去描述自己的系統(tǒng)，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫(xiě)代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。 利用 SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。 SystemView 的圖符資源十分豐富， 特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證。還可進(jìn)行 CDMA 通信系統(tǒng)和數(shù)字電視業(yè)務(wù)的分析；用戶還可以自己用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)自己的用戶自定義庫(kù)。 SystemView 能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯(cuò)誤信息或尚懸空的待連接端信息， 通知用戶連接出錯(cuò)并通過(guò)顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真方面， SystemView 還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形，也可完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、頻譜分析、濾波。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 1 計(jì)算機(jī) 通用 1 2 SystemView 軟件 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1． 安裝 SystemView，對(duì)該軟件有一個(gè)感性認(rèn)識(shí) 根據(jù) SystemView 安裝軟件說(shuō)明，在電腦上安裝 SystemView 軟件。 2． 了解 SystemView 設(shè)計(jì)窗口 3 啟動(dòng) SystemView 后就會(huì)出現(xiàn)如圖 1 所示的系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口。它包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫(kù)和設(shè)計(jì)窗工作區(qū)。其中設(shè)計(jì)窗口工作區(qū)是用于設(shè)置、連接各種圖符以創(chuàng)建系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真等操作；提示欄用于顯示系統(tǒng)仿真的狀態(tài)信息、功能快捷鍵的功能信息提示和圖符的參數(shù)顯示；滾動(dòng)條用于移動(dòng)觀察當(dāng)前的工作區(qū)域。當(dāng)鼠標(biāo)器位于功能圖符上時(shí)，則該圖符的具體參數(shù)就會(huì)自動(dòng)彈出顯示 。 3． 應(yīng)用 SystemView 圖符庫(kù) SystemView 的圖標(biāo)庫(kù)可分為 3 種，即基本庫(kù)、專(zhuān)業(yè)庫(kù)以及用戶擴(kuò)展庫(kù)。分別了解相關(guān)圖庫(kù)的功能， 學(xué)會(huì)設(shè)置 相應(yīng)參數(shù)， 便于后續(xù)設(shè)計(jì)使用。 SystemView 分析窗口 4 了解分析窗口各菜單的大體功能，了解分析窗口接收計(jì)算器的主要功能和使用。 五、預(yù)習(xí)思考題 掌握 SystemView 設(shè)計(jì)軟件。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1． 簡(jiǎn)述 SystemView 的安裝過(guò)程 。 2．簡(jiǎn)述 SystemView 的 設(shè)計(jì)窗口和分析窗口，對(duì)這兩個(gè)窗口的菜單和工具欄的功能和使用有深入理解 ，應(yīng)用圖標(biāo)庫(kù)的圖標(biāo)。 3．心得體會(huì)及其他。 5 實(shí)驗(yàn)二、 AM 調(diào)制 系統(tǒng)仿真模型 一、 實(shí)驗(yàn) 目的 1． 掌握使用圖形、設(shè)置圖符屬性的方法以及系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置 等系統(tǒng)模型的建立過(guò)程。 2． 掌握信號(hào)波形的顯示、波形的處理和接收計(jì)算器的應(yīng)用等系統(tǒng)波形的分析過(guò)程 。 二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 利用 SystemView 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本步驟，首先是建立系統(tǒng)模型；然后是仿真分析，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行修改、優(yōu)化。 雖然 SystemView 簡(jiǎn)單易用，但是也需要用戶具有相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 SystemView 只是為用戶的設(shè)計(jì)提供方便，并不能使不具有通信電子專(zhuān)業(yè)知識(shí)者成為該專(zhuān)業(yè)的工程師。所以，對(duì)于系統(tǒng)，要有充分的理論基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)各模塊功能及相關(guān)參數(shù)有詳細(xì)的了解。 本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)簡(jiǎn)單的 AM 調(diào)制，使同學(xué)們對(duì) SystemView 軟件有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和熟悉。 為今后設(shè)計(jì)復(fù)雜的通信系統(tǒng)打基礎(chǔ)。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 1 計(jì)算機(jī) 通用 1 2 SystemView 軟件 四 、 實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 建立系統(tǒng)模型的具體步驟如下： （ 1）進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置。正確的系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置是 SystemView 能夠正確進(jìn)行仿真的必要條件，首先設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間。 （ 2）定義載波信號(hào)。本系統(tǒng)載波信號(hào)采用 100HZ 的正弦信號(hào)，選擇正確的圖符并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 （ 3）定義調(diào)制信號(hào) 。把調(diào)制信號(hào)定義成 10HZ 的單頻余弦信號(hào)，選擇正確的圖符并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 （ 4）從圖符工具欄拖一個(gè) Multiplier 圖符到工作區(qū)域合適位置，該圖符不需要定義參數(shù)。 （ 5）定義接收器：分別定義調(diào)制信號(hào)接收器、載波信號(hào)及調(diào)制信號(hào)接收器。 （ 6）連接個(gè)圖符，給出系統(tǒng)模型。還可在相應(yīng)位置放置便簽，用于輸入相關(guān)文字信息。 6 在系統(tǒng)模型創(chuàng)建完成后即可進(jìn)行仿真分析。得到 3 個(gè)接收器的波形。 為了分析調(diào)制信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的關(guān)系，需要在同一個(gè)圖形顯示窗口疊繪調(diào)制信號(hào)和已調(diào)信號(hào)曲線，分析是否 符合 AM 調(diào)制的定義。 分析幾個(gè)信號(hào)之間的頻譜關(guān)系：首先繪制調(diào)制信號(hào)、載波和已調(diào)信號(hào)的頻譜；然后將調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的頻譜疊繪在同一個(gè)窗口。分析已調(diào)信號(hào)的頻譜是否為“載波頻譜”177。“調(diào)制信號(hào)頻譜”？是否和 AM 調(diào)制的相關(guān)定義相同。 五、預(yù)習(xí)思考題 預(yù)習(xí) AM 調(diào)制相關(guān)概念 。 六 、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1．對(duì)所有實(shí)際動(dòng)手操作完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟 ； 2．對(duì) 仿真 波形 進(jìn)行完整記錄，寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告； 3．對(duì) 操作過(guò)程中的 異常結(jié)果進(jìn)行分析，在報(bào)告中寫(xiě)明原因。 4． 心得體會(huì)及其他 。 7 實(shí)驗(yàn)三、 雙路 FM 語(yǔ)音通信系統(tǒng)的仿真 一、 實(shí)驗(yàn) 目的 1． 掌握系統(tǒng)的 SystemView 開(kāi)發(fā)仿真過(guò)程 2． 實(shí)現(xiàn)功能模塊和通信綜合系統(tǒng)仿真模型，分析數(shù)據(jù)及各點(diǎn)波形 。 3． 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的傳輸仿真。 二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 利用 SystemView 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)基本步驟，首先是建立系統(tǒng)模型；然后是仿真分析，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行修改、優(yōu)化。 本次實(shí)驗(yàn)通過(guò) FM 語(yǔ)音通信系統(tǒng) ，使同學(xué)們對(duì) SystemView 軟件有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和熟悉。對(duì)建立 通信綜合系統(tǒng)仿真模型 、 為今后設(shè)計(jì)復(fù)雜的通信系統(tǒng)打基礎(chǔ)。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 1 計(jì)算機(jī) 通用 1 2 SystemView 軟件 四 、 實(shí)驗(yàn) 內(nèi)容 準(zhǔn)備工作的目的是獲得所需要的音頻文件， SystemView 所使用的音頻文件必須是 WAV格式的文件，這種文件可以用 Windows 系統(tǒng)所帶的錄音機(jī)程序來(lái)錄制。要保存音頻文件，首先改變保存文件的格式，改為“ 8000HZ， 8 位，單聲 8KB/s”，輸入一個(gè)名字將音頻文件保存下來(lái)。 準(zhǔn)備好兩個(gè)不同的聲音文件待用。 SystemView 模型 （ 1） 要在仿真中使用音頻文件，首先拖動(dòng)一個(gè)信 號(hào)源圖符到工作區(qū)域，雙擊該圖符，在窗口中對(duì)外部輸入的音頻文件進(jìn)行設(shè)置。用同樣方法再放置一個(gè) WAV 1ch 圖符，打開(kāi)準(zhǔn)備的另外一個(gè)音頻文件作為另一路信號(hào)的信號(hào)源。 （ 2） 由于音頻信號(hào)的頻譜比較豐富，為了避免各路已調(diào)信號(hào)相互干擾，調(diào)制前必須對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波器使用 5kHZ 的 3 階巴沃斯濾波器。 （ 3） 音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后就可以調(diào)制了?？墒褂?SystemView 提供的 FM 調(diào)制器圖符來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能。 （ 4） 調(diào)制好的信號(hào)可以送入信道中進(jìn)行傳輸，有擾信道用一個(gè)加法器圖符和一個(gè)高斯8 噪聲發(fā)生器圖符來(lái)模擬。 （ 5） 由于信道中傳輸兩路信號(hào)，所以接收端必須進(jìn)行接收濾波濾除要接收信號(hào)頻譜以外的信號(hào)，同時(shí)濾波器有濾除帶外噪聲的功能。濾波后的信號(hào)就可以送解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)器由延遲 相乘解調(diào)來(lái)完成。 （ 6） 解調(diào)出的信號(hào)經(jīng)必要的放大后就可以輸出，用接收器圖符 接收解調(diào)信號(hào)。 （ 7）用同樣的方法建立好另一路信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)輸出系統(tǒng)，這樣就完成了整個(gè)雙路FM 語(yǔ)音通信系統(tǒng)模型。 （ 8）設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間。 在系統(tǒng)模型創(chuàng)建完成后即可進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)束后， SystemView 會(huì)根據(jù)設(shè)置情況打開(kāi)若干錄音機(jī)程 序并自動(dòng)加載了仿真系統(tǒng)中作為輸入或生成的輸出音頻文件。 同時(shí)，在分析窗口可以得到兩路信道信號(hào)源波形和接收端解調(diào)出的波形。理論上，接收端能夠正確的解調(diào)出相應(yīng)的聲音信號(hào)。 五、預(yù)習(xí)思考題 預(yù)習(xí) FM 調(diào)制相關(guān)概念 。 六 、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1．對(duì)所有實(shí)際動(dòng)手操作完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟 ； 2． 給出各圖符的詳細(xì)參數(shù) ； 3. 給出系統(tǒng)模型 ，給出兩路信道信號(hào)源波形和解調(diào)信號(hào)波形。 4．對(duì)操作過(guò)程中的異常結(jié)果進(jìn)行分析，在報(bào)告中寫(xiě)明原因。 5．心得體會(huì)及其他。 9 實(shí)驗(yàn)四、 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn) 目的 1． 掌握系統(tǒng)的 SystemView 開(kāi)發(fā)仿真過(guò)程 2． 驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則。 3. 掌握眼圖的仿真方法并了解其在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中的作用 二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 傳輸數(shù)字基帶信號(hào)受到約束的主要因素是系統(tǒng)的頻率特性，當(dāng)基帶脈沖信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的濾波作用使脈沖拖寬，在時(shí)域上，它們重疊到附近的時(shí)隙中去。接收端按約定的時(shí)隙對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行抽樣，并以抽樣時(shí)刻測(cè)定的信號(hào)幅度為依據(jù)進(jìn)行判決，來(lái)導(dǎo)出原脈沖的消息，若重疊到臨近時(shí)隙內(nèi)的信號(hào)太強(qiáng)，就可能發(fā)生錯(cuò)誤判決，從而產(chǎn)生碼間串?dāng)_。 奈奎斯特第一準(zhǔn)則給出了消除這種碼間干 擾的方法，并指出了信道帶寬與碼速率的基本關(guān)系，即 NNbb BfTR 221 ??? 其中 Rb 為傳碼率，單位為 B/s（波特 /秒）。 fN和 BN分別為理想信道的低通截止頻率和奈奎斯特帶寬。 假定有一數(shù)字基帶信號(hào)，其碼速率為 100b/s，則按照奈奎斯特第一準(zhǔn)則，為保證數(shù)字基帶信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏?，傳輸信道的帶寬必須要?50Hz 以上。同理，如果數(shù)字基帶信號(hào)的碼速率高于 100b/s，則在 50Hz 的帶寬下不能保證信號(hào)的無(wú)失真?zhèn)鬏敗? 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 序號(hào) 名 稱(chēng) 型號(hào)與規(guī)格 數(shù)量 1 計(jì)算機(jī) 通用 1 2 SystemView 軟件 四 、 實(shí)驗(yàn) 內(nèi) 容 第一部分：驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則 1. 設(shè)定系統(tǒng)的仿真時(shí)間參數(shù)：采樣頻率設(shè)定為 1000Hz，采樣點(diǎn)位 512 個(gè) ：碼速率為 100b/s 的偽隨機(jī)信號(hào) ，其截止頻率設(shè)定為 50Hz，在 60Hz 處有 60dB 的衰落，相當(dāng)于一個(gè)帶寬為 50Hz 的信道 ，將低通濾波器的輸出疊加上一個(gè)高斯噪聲，設(shè)定其標(biāo)準(zhǔn)差為 。 10 FIR 濾波器、一個(gè)抽樣器、一個(gè)保持器和一個(gè)緩沖器組成，分別完成信號(hào)的濾波，抽樣，判決以及整型輸出。其中抽樣器的抽樣 頻率與數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)率一致，設(shè)為 100Hz。為了比較發(fā)送端和接收端的波形，在發(fā)送端的接收器前和升余弦滾降濾波器后各加入了一個(gè)延遲圖符。最終的仿真系統(tǒng)如下圖所示： ，運(yùn)行仿真，將輸入信號(hào)波形與輸出信號(hào)波形進(jìn)行疊加，觀察方正結(jié)果。 ，比較輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的波形 ，觀察輸出信號(hào)的變化。 110b/s，運(yùn)行仿真，再次觀察輸入輸出信號(hào)波形的差別。 第二部分：眼圖的觀測(cè) 評(píng)價(jià)基帶 傳輸系統(tǒng)性能的一個(gè)簡(jiǎn)便方法就是眼圖。在進(jìn) 行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)示波器的水平掃描周期與碼元同步時(shí)，在示波器的屏幕上將顯示類(lèi)似于人眼睛的圖案，稱(chēng)之為“眼圖”，N 元碼有 N1 個(gè)“眼睛” 在實(shí)驗(yàn)中，在接收窗口 打開(kāi)接收計(jì)算器來(lái)繪制眼圖，這要用到接收計(jì)算器的時(shí)間切片功能，在接收計(jì)算其中，單擊 Style 標(biāo)簽，切換到時(shí)間切片。為了繪制眼圖，時(shí)間切片的長(zhǎng)度應(yīng)該設(shè)為信號(hào)周期的整數(shù)倍，該數(shù)字較大時(shí)觀察到的“眼睛”較多，反之則“眼睛”較少。 五、預(yù)習(xí)思考題 預(yù)習(xí) 奈奎斯特第一準(zhǔn)則和眼圖的 概念 。 六 、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1．對(duì)所有實(shí)際動(dòng)手操作完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟 ； 2．給出各圖符的詳細(xì)參數(shù)； 3. 給出系統(tǒng)模型， 給出相應(yīng) 波形。 4．對(duì)操作過(guò)程中的異常結(jié)果進(jìn)行分析，在報(bào)告中寫(xiě)明原因。 5．心得體會(huì)及其他。 11 實(shí)驗(yàn) 五 、 3G模塊的設(shè)計(jì) 一、 實(shí)驗(yàn) 目的 3G 通信模塊 USB 驅(qū)動(dòng)的安裝與調(diào)試 串行通信端口的配置 3G 通信模塊的配置設(shè)置 通過(guò) 3G 通信模塊打電話和發(fā)短信 實(shí)現(xiàn) 3G 通信模塊與通信交換機(jī)之間的通信 二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 本次實(shí)驗(yàn)通過(guò) 3G 通信模塊設(shè)計(jì)，使同學(xué)們對(duì)